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鈮(ni)（Niobium），化學符號Nb，原子(zi)序(xu)數為41，是一種過渡金(jin)屬元(yuan)素。鈮(ni)單質(zhi)是一種帶光澤的(de)灰色金(jin)屬。高純度鈮(ni)金(jin)屬的(de)延展性較高，但會隨雜質(zhi)含量的(de)增加而變硬。鈮(ni)對于熱中子(zi)的(de)捕獲截面很低，因此在核(he)工(gong)業上(shang)有相當(dang)的(de)用處。

發現歷史

當于1801年考(kao)察在大英博(bo)物(wu)館的(de)(de)礦石時，Charles Hatchett被(bei)(bei)一(yi)個標(biao)簽(qian)為columbite（鈳(ke)鐵(tie)礦）的(de)(de)樣本(ben)激起(qi)了興(xing)趣(qu)。他(ta)推(tui)測(ce)其(qi)包含一(yi)種新的(de)(de)金屬，他(ta)是對的(de)(de)。他(ta)加熱(re)一(yi)塊樣本(ben)與碳酸鉀，溶(rong)解產物(wu)到水中(zhong)，添加了酸后獲得了沉淀(dian)物(wu)。然而(er)，進(jin)一(yi)步(bu)的(de)(de)處理也沒能生產出元素(su)(su)本(ben)身，他(ta)命名其(qi)為columbium（鈳(ke)——鈮元素(su)(su)的(de)(de)舊(jiu)譯），被(bei)(bei)人們已知(zhi)多年。

其(qi)他人(ren)則對(dui)鈳(ke)(ke)持懷(huai)疑態(tai)度，尤其(qi)是(shi)在(zai)(zai)接下來(lai)的(de)(de)一(yi)年發現了鉭(tan)之后。這(zhe)些金屬(shu)在(zai)(zai)大自然中一(yi)起(qi)出現，而且很難分(fen)離。在(zai)(zai)1844年德國(guo)化(hua)(hua)學(xue)家Heinrich Rose證明(ming)了鈳(ke)(ke)鐵礦(kuang)包含了這(zhe)兩種(zhong)(zhong)元素，他把columbium（鈳(ke)(ke)）命(ming)名(ming)為(wei)(wei)niobium（鈮(ni)(ni)）。“Columbium”（鈳(ke)(ke)，符號(hao)(hao)Cb）是(shi)哈契(qi)特對(dui)新元素所給的(de)(de)最早命(ming)名(ming)。這(zhe)一(yi)名(ming)稱(cheng)在(zai)(zai)美國(guo)一(yi)直有廣泛的(de)(de)使用(yong)(yong)，美國(guo)化(hua)(hua)學(xue)學(xue)會(hui)在(zai)(zai)1953年出版了最后一(yi)篇標(biao)題含有“鈳(ke)(ke)”的(de)(de)論文；“鈮(ni)(ni)”則在(zai)(zai)歐洲(zhou)通用(yong)(yong)。1949年在(zai)(zai)阿姆斯特丹舉辦的(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)聯合會(hui)第15屆會(hui)議最終決定以(yi)“鈮(ni)(ni)”作(zuo)為(wei)(wei)第41號(hao)(hao)元素的(de)(de)正(zheng)式(shi)命(ming)名(ming)。翌年，國(guo)際純粹與應用(yong)(yong)化(hua)(hua)學(xue)聯合會(hui)（IUPAC）也采納(na)了這(zhe)一(yi)命(ming)名(ming)，結束了一(yi)個世紀來(lai)的(de)(de)命(ming)名(ming)分(fen)歧，盡管“鈳(ke)(ke)”的(de)(de)使用(yong)(yong)時間更早。這(zhe)可算是(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)妥協(xie)：IUPAC依北(bei)美的(de)(de)用(yong)(yong)法選擇“Tungsten”而非歐洲(zhou)所用(yong)(yong)的(de)(de)“Wolfram”作(zuo)為(wei)(wei)鎢的(de)(de)命(ming)名(ming)，并在(zai)(zai)鈮(ni)(ni)的(de)(de)命(ming)名(ming)上以(yi)歐洲(zhou)的(de)(de)用(yong)(yong)法為(wei)(wei)先(xian)。具(ju)權(quan)威性的(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)學(xue)會(hui)和政府機構都(dou)一(yi)般(ban)以(yi)IUPAC正(zheng)式(shi)命(ming)名(ming)稱(cheng)之，但美國(guo)地(di)質調查(cha)局(ju)以(yi)及冶(ye)金業(ye)、金屬(shu)學(xue)會(hui)等(deng)組織至今(jin)仍(reng)使用(yong)(yong)舊名(ming)“鈳(ke)(ke)”。

當時，科學家(jia)未能有效地把(ba)鈳（鈮(ni)(ni)(ni)）和性(xing)質極(ji)為(wei)(wei)相似的(de)(de)鉭(tan)(tan)區分(fen)開(kai)來。1809年，英國化(hua)學家(jia)威廉·海(hai)德·沃拉斯(si)頓（William Hyde Wollaston）對鈳和鉭(tan)(tan)的(de)(de)氧化(hua)物進(jin)行(xing)比較(jiao)，得(de)出(chu)兩(liang)者(zhe)的(de)(de)密(mi)度分(fen)別為(wei)(wei)5.918g/cm3及超(chao)過16.6g/cm3。雖然密(mi)度值相差巨(ju)大，但他仍認為(wei)(wei)兩(liang)者(zhe)是完全相同的(de)(de)物質。另(ling)一德國化(hua)學家(jia)海(hai)因(yin)(yin)里希(xi)·羅(luo)澤（Heinrich Rose）在(zai)1846年駁斥這(zhe)一結(jie)論(lun)，并稱原先的(de)(de)鉭(tan)(tan)鐵礦樣本(ben)中還(huan)存在(zai)著(zhu)另(ling)外兩(liang)種元素。他以希(xi)臘神話中坦塔洛斯(si)的(de)(de)女(nv)兒(er)尼俄(e)伯（Niobe，淚水女(nv)神）和兒(er)子珀羅(luo)普斯(si)（Pelops）把(ba)這(zhe)兩(liang)種元素分(fen)別命(ming)名為(wei)(wei)“Niobium”（鈮(ni)(ni)(ni)）和“Pelopium”。鉭(tan)(tan)和鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)差別細(xi)微，而因(yin)(yin)此得(de)出(chu)的(de)(de)新“元素”Pelopium、Ilmenium和Dianium實際(ji)上都只是鈮(ni)(ni)(ni)或者(zhe)鈮(ni)(ni)(ni)鉭(tan)(tan)混(hun)合物。

1864年(nian)，克利斯蒂安·威廉·布隆斯特蘭(lan)（Christian Wilhelm Blomstrand）、亨利·愛丁·圣克萊(lai)爾(er)·德(de)維爾(er)和路易(yi)·約瑟夫·特羅斯特（Louis Joseph Troost）明(ming)確(que)證明(ming)了鉭(tan)(tan)和鈮是兩種不同的化學元素(su)(su)，并確(que)定了一些相(xiang)關(guan)化合(he)物的化學公(gong)式。瑞士化學家讓-夏爾(er)·加利薩·德(de)馬里尼(ni)亞（Jean Charles Galissard de Marignac）在(zai)1866年(nian)進一步證實除鉭(tan)(tan)和鈮以外別無其他元素(su)(su)。然而直到1871年(nian)還有科學家發表有關(guan)Ilmenium的文章(zhang)。

1864年(nian)，德馬里尼亞在氫氣中對氯化鈮(ni)進行(xing)還原反應，首次制成(cheng)鈮(ni)金(jin)屬(shu)(shu)。雖然他在1866年(nian)已能(neng)夠(gou)制備不含鉭的(de)鈮(ni)金(jin)屬(shu)(shu)，但要直到20世紀初，鈮(ni)才開始有(you)商業上的(de)應用：電(dian)(dian)(dian)燈泡(pao)燈絲(si)。鈮(ni)很快就(jiu)被(bei)鎢(wu)淘汰了(le)(le)，因為鎢(wu)的(de)熔點(dian)比鈮(ni)更高(gao)，更適(shi)合作燈絲(si)材(cai)料。1920年(nian)代，人(ren)們發現鈮(ni)可(ke)以加(jia)強(qiang)鋼材(cai)，這成(cheng)為鈮(ni)一直以來的(de)主要用途(tu)。貝爾(er)實驗室的(de)尤金(jin)·昆茲勒(le)（Eugene Kunzler）等(deng)人(ren)發現，鈮(ni)錫在強(qiang)電(dian)(dian)(dian)場、磁(ci)場環境下(xia)仍能(neng)保(bao)持超導(dao)性，這使(shi)鈮(ni)錫成(cheng)為第一種(zhong)能(neng)承受高(gao)電(dian)(dian)(dian)流和磁(ci)場的(de)物質，可(ke)用于大(da)功率磁(ci)鐵和電(dian)(dian)(dian)動機械(xie)。這一發現促(cu)使(shi)了(le)(le)20年(nian)后多股長電(dian)(dian)(dian)纜的(de)生產。這種(zhong)電(dian)(dian)(dian)纜在繞成(cheng)線圈后可(ke)形(xing)成(cheng)大(da)型強(qiang)電(dian)(dian)(dian)磁(ci)鐵，用在旋轉(zhuan)機械(xie)、粒子(zi)加(jia)速器和粒子(zi)探測器當中。

純凈的金屬樣本在1864年由Christian Blomstrand制取，他(ta)用氫(qing)氣加(jia)熱(re)還原(yuan)氯化(hua)鈮實(shi)現。

元素簡介

元素信息

一(yi)(yi)(yi)種金屬元素(su)。鈮(ni)能吸收(shou)氣體，用(yong)作(zuo)除(chu)氣劑，也是一(yi)(yi)(yi)種良好的(de)超(chao)導體。舊稱“鈳”。化(hua)(hua)學符(fu)號Nb，原子(zi)序數41，原子(zi)量92.90638，屬周期系ⅤB族(zu)。1801年英國查爾斯·哈(ha)切特（Charles·Hatchett）在研究(jiu)(jiu)倫敦(dun)大英博物(wu)館(guan)中(zhong)收(shou)藏的(de)鈮(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)中(zhong)分離出一(yi)(yi)(yi)種新元素(su)的(de)氧化(hua)(hua)物(wu)，并命(ming)名(ming)該元素(su)為columbium（中(zhong)譯(yi)名(ming)鈳）。1802年瑞典A.G.厄克(ke)貝里在鉭鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)中(zhong)發現另一(yi)(yi)(yi)種新元素(su)tantalum。由于(yu)這兩種元素(su)性質(zhi)上(shang)非常(chang)(chang)相(xiang)似，不少人認為它(ta)們是同一(yi)(yi)(yi)種元素(su)。由于(yu)它(ta)與鉭非常(chang)(chang)相(xiang)似，起初他(ta)竟搞混了。1844年德意(yi)志H.羅澤(ze)詳細研究(jiu)(jiu)了許多(duo)鈮(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)和鉭鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)，分離出兩種元素(su)，才澄清了事實(shi)真相(xiang)。最(zui)后(hou)查爾斯·哈(ha)切特用(yong)神話中(zhong)的(de)女神尼俄伯（Niobe）的(de)名(ming)字命(ming)名(ming)了該元素(su)。在歷史上(shang)，最(zui)初人們用(yong)鈮(ni)所在的(de)鈮(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)的(de)名(ming)字“columbium”來稱呼(hu)鈮(ni)。鈮(ni)在地殼中(zhong)的(de)含量為0.002%，鈮(ni)在地殼中(zhong)的(de)自然(ran)儲量為520萬(wan)噸(dun)，可開采儲量440萬(wan)噸(dun)，主(zhu)要礦(kuang)(kuang)(kuang)物(wu)有鈮(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)、燒綠石和黑稀(xi)金礦(kuang)(kuang)(kuang)、褐釔鈮(ni)礦(kuang)(kuang)(kuang)、鉭鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)、鈦鈮(ni)鈣(gai)鈰礦(kuang)(kuang)(kuang)。

同位素

自然產生的(de)鈮由一(yi)種穩(wen)定同(tong)位素(su)組成(cheng)：93Nb。截(jie)至(zhi)2003年(nian)，已(yi)合成(cheng)的(de)放(fang)射性同(tong)位素(su)共有至(zhi)少32種，原(yuan)子(zi)量(liang)在81和113之間。其中(zhong)最穩(wen)定的(de)是92Nb，半(ban)衰(shuai)期有3470萬(wan)年(nian)；113Nb是最不(bu)穩(wen)定的(de)同(tong)位素(su)之一(yi)，其半(ban)衰(shuai)期估計只有30毫(hao)秒。比93Nb更輕的(de)同(tong)位素(su)一(yi)般進(jin)(jin)行(xing)β+衰(shuai)變，比它重(zhong)的(de)則會(hui)進(jin)(jin)行(xing)β-衰(shuai)變。例外包括：81Nb、82Nb和84Nb會(hui)進(jin)(jin)行(xing)少量(liang)β緩發(fa)(fa)質(zhi)子(zi)發(fa)(fa)射，91Nb會(hui)進(jin)(jin)行(xing)電子(zi)捕(bu)獲和正電子(zi)發(fa)(fa)射，而92Nb會(hui)同(tong)時(shi)進(jin)(jin)行(xing)正電子(zi)（β+）和電子(zi)（β-）發(fa)(fa)射。

已知的(de)(de)核(he)素(su)共(gong)有25種，質(zhi)量(liang)數介乎84至104。這個質(zhi)量(liang)區間內的(de)(de)同(tong)位素(su)中，只有96Nb、101Nb和103Nb不具有同(tong)核(he)異構(gou)體。最(zui)穩定(ding)的(de)(de)鈮(ni)同(tong)核(he)異構(gou)體是(shi)93mNb，半(ban)衰(shuai)期(qi)(qi)為(wei)16.13年(nian)；最(zui)不穩定(ding)的(de)(de)是(shi)84mNb，半(ban)衰(shuai)期(qi)(qi)為(wei)103納秒。除92m1Nb進行少(shao)量(liang)電子捕獲之外(wai)，所(suo)有同(tong)核(he)異構(gou)體的(de)(de)衰(shuai)變方式都是(shi)同(tong)核(he)異構(gou)體轉(zhuan)換(huan)或β衰(shuai)變。

相關資料

元素符號：Nb

元素英文名稱：niobium

元素類型：金屬元素

原子體(ti)積：10.87cm3/mol

元素在太陽中的含(han)量:0.004(ppm)

元(yuan)素在(zai)海水中的含(han)量：0.0000009(ppm)

地(di)殼中(zhong)含量(liang)：20（ppm）

相對(dui)原子質量：92.90638

原子序數：41

所屬周期：5

所屬族數：VB

核外電(dian)子(zi)排(pai)布：1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s1

電子層排(pai)布：2，8，18，12，1

晶(jing)體結構：晶(jing)胞為體心立(li)方晶(jing)胞，每個晶(jing)胞含有2個金屬原子(zi)。

晶胞(bao)參數：a=330.04pm，b=330.04pm，c=330.04pm，α=90°，β=90°，γ=90°

化合價：+5（主(zhu)要），-3，-1，0，+1，+2，+3，+4

莫氏硬度：6

聲音(yin)在其(qi)中的(de)傳播速率：3480（m/s）

電離能(kJ/mol)

M - M+ 664

M+ - M2+ 1382

M2+ - M3+ 2416

M3+ - M4+ 3695

M4+ - M5+ 4877

M5+ - M6+ 9899

M6+ - M7+ 12100

物理化學性質

物理性質

鈮是灰白色金(jin)屬，熔點2468℃，沸(fei)點4742℃，密度(du)8.57g/cm3。鈮是一(yi)種帶光澤的灰色金(jin)屬，具有順磁性，高純度(du)鈮金(jin)屬的延(yan)展性較高，但會隨雜質含量的增加而變硬(ying)。它的最外電(dian)子(zi)層排布和其(qi)他的5族元(yuan)素(su)非常(chang)不同。同樣的現象也(ye)出現在前后(hou)的釕（44）、銠（45）和鈀(ba)（46）元(yuan)素(su)上。

鈮

Z 元素 每層電子數

23 釩 2, 8, 11, 2

41 鈮 2, 8, 18, 12, 1

73 鉭 2, 8, 18, 32, 11, 2

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